真空技術(shù)的物理基礎(chǔ)

1、真空鍍膜技術(shù)真空鍍膜技術(shù)南京理工大學(xué)南京理工大學(xué)2012.9 教材與課時 3學(xué)分，其中上課學(xué)分，其中上課40學(xué)時，學(xué)時，8學(xué)時實驗學(xué)時實驗 本課程內(nèi)容包括：真空技術(shù)，薄膜技術(shù)本課程內(nèi)容包括：真空技術(shù)，薄膜技術(shù) 兩部分兩部分 教材：教材： 1。王欲知，陳旭。王欲知，陳旭 ，真空技術(shù)，北京航空航天大，真空技術(shù)，北京航空航天大學(xué)學(xué) 出版社出版社 ， 2007.6，第，第2版。版。 2。楊幫朝，王文生，薄膜物理與技術(shù)，電子科。楊幫朝，王文生，薄膜物理與技術(shù)，電子科技大學(xué)出版社，技大學(xué)出版社， 1994年。年。 參考書：參考書： 3。王曉冬，真空技術(shù)，冶金工業(yè)出版社，。王曉冬，真空技術(shù)，冶金工業(yè)出版社，

2、2006年年9月第月第1版。版。第第1章章 真空技術(shù)的物理基礎(chǔ)真空技術(shù)的物理基礎(chǔ) 簡要敘述真空技術(shù)的基本理論簡要敘述真空技術(shù)的基本理論 詳細(xì)的內(nèi)容請看教材。詳細(xì)的內(nèi)容請看教材。1.1 真空的概念真空的概念 在真空技術(shù)中，在真空技術(shù)中，“真空真空”泛指低于一個大氣壓的泛指低于一個大氣壓的氣體狀態(tài)，換言之，同正常的大氣比，是較為稀氣體狀態(tài)，換言之，同正常的大氣比，是較為稀薄的一種氣體狀態(tài)薄的一種氣體狀態(tài). 同正常的大氣比同正常的大氣比, 氣體的分子數(shù)少氣體的分子數(shù)少 。 隨著海拔高度（離海平面的垂直高度）越高，氣隨著海拔高度（離海平面的垂直高度）越高，氣體越稀薄。體越稀薄。. 通常意義上，在地球上

3、，人能生存的狀況都不應(yīng)通常意義上，在地球上，人能生存的狀況都不應(yīng)稱作真空。稱作真空。 真空應(yīng)說成低于周圍大氣壓的狀態(tài)。真空應(yīng)說成低于周圍大氣壓的狀態(tài)。1.2 真空的單位真空的單位-壓強壓強在真空技術(shù)中，在真空技術(shù)中，壓強壓強所采用的法定計量單位是帕斯卡（所采用的法定計量單位是帕斯卡（Pascal），系千克），系千克米秒制單位，簡稱帕米秒制單位，簡稱帕(Pa), 是目前國際上推薦實用的國際單位制是目前國際上推薦實用的國際單位制（SI）。）。 1Kg9.80665m/s2=9.80665 牛頓牛頓 (Kg.m/s2) 1N（牛頓）（牛頓）= 1Kg.m/s2. 1Pa =1牛頓牛頓/平方米平方米=

4、1 Kg /m.s2 1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg高高; 1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)0.76m13595.1Kg/m39.80665m/s2= =101325牛頓牛頓m2=101325Pa=1.01325105Pa 1毫米泵柱（毫米泵柱（mmHg）=133.322pa. 1mmHg=1.00000014Torr 1托（托（Torr）=1/760 atm=133.322Pa; 巴（巴（bar） 1bar=105Pa 毫巴毫巴 1mbar=100Pa 1.3 真空特點真空特點 1。 與大氣有壓差。壓強低于一個大氣壓，故需要一個與大氣有壓差。壓強低于一個大氣壓，故需要一個“真

5、空真空”容器，即真空設(shè)備。該容器在地球上就需要承受容器，即真空設(shè)備。該容器在地球上就需要承受一個大氣壓力的作用，壓力的大小則看容器內(nèi)外壓差。內(nèi)一個大氣壓力的作用，壓力的大小則看容器內(nèi)外壓差。內(nèi)部為真空環(huán)境的容器，可以認(rèn)為壓差為部為真空環(huán)境的容器，可以認(rèn)為壓差為1個大氣壓。所以個大氣壓。所以該容器必需承受大于該容器必需承受大于1個大氣壓力的作用。個大氣壓力的作用。 如需獲取真空條件，必須研制設(shè)計生產(chǎn)真空設(shè)備，需如需獲取真空條件，必須研制設(shè)計生產(chǎn)真空設(shè)備，需要進(jìn)行真空獲取、測量、氣體成分分析，如何有效設(shè)計、要進(jìn)行真空獲取、測量、氣體成分分析，如何有效設(shè)計、防漏、檢漏等。防漏、檢漏等。 2。分子數(shù)密

6、度低。在。分子數(shù)密度低。在“真空真空”下，由于氣體稀薄，即單下，由于氣體稀薄，即單位體積內(nèi)的分子數(shù)目較少，故分子之間或分子與其它粒子，位體積內(nèi)的分子數(shù)目較少，故分子之間或分子與其它粒子，如電子、離子之間的碰撞就不那么頻繁，明顯減少，如電子、離子之間的碰撞就不那么頻繁，明顯減少， 分子主要碰撞表面，如容器表面四壁、內(nèi)部裝置的次分子主要碰撞表面，如容器表面四壁、內(nèi)部裝置的次數(shù)也相對減少。這是真空的最主要的特點。正是如此，各數(shù)也相對減少。這是真空的最主要的特點。正是如此，各種真空設(shè)備正是利用它進(jìn)行工作。種真空設(shè)備正是利用它進(jìn)行工作。1.4 真空技術(shù)的應(yīng)用真空技術(shù)的應(yīng)用 1。電真空器件。電真空器件 內(nèi)

7、部為內(nèi)部為“真空真空”環(huán)境的電子器件，如：微波管，顯環(huán)境的電子器件，如：微波管，顯像管、真空攝像管、微光管，白熾燈，日光燈，熒像管、真空攝像管、微光管，白熾燈，日光燈，熒光燈，鈉燈，鎢燈等。光燈，鈉燈，鎢燈等。 它們它們 都需要良好的真空都需要良好的真空: 主要原因在于：其原理基于利用電場、磁場等來控主要原因在于：其原理基于利用電場、磁場等來控制電子流的運動，以達(dá)到放大、振蕩、顯示圖像等制電子流的運動，以達(dá)到放大、振蕩、顯示圖像等目的，如果器件中氣體分子較多，電子流就不可避目的，如果器件中氣體分子較多，電子流就不可避免與分子碰撞，改變運動的規(guī)律。免與分子碰撞，改變運動的規(guī)律。 電真空器件一般都

8、有一個電子源，如各種熱陰電真空器件一般都有一個電子源，如各種熱陰極光電陰極等，它們都是一些敏感的化學(xué)性活潑表極光電陰極等，它們都是一些敏感的化學(xué)性活潑表面，極易受到氣體的面，極易受到氣體的“中毒作用中毒作用”而失效，只有在而失效，只有在真空中才能正常工作。真空中才能正常工作。 基于上述二個原因，不難理解，一旦電真空器件基于上述二個原因，不難理解，一旦電真空器件的內(nèi)部真空變壞，必然導(dǎo)致器件性能變壞，甚至的內(nèi)部真空變壞，必然導(dǎo)致器件性能變壞，甚至完全失效。完全失效。 顯像管真空較差，就會導(dǎo)致電極間交叉跳火，出顯像管真空較差，就會導(dǎo)致電極間交叉跳火，出現(xiàn)離子斑。攝像管真空較差，分辨率下降由于電現(xiàn)離子

9、斑。攝像管真空較差，分辨率下降由于電子束遭分子碰撞，聚散不良。圖像增強器真空較子束遭分子碰撞，聚散不良。圖像增強器真空較差，降低靈敏度，還出現(xiàn)圖像頻變斑點。差，降低靈敏度，還出現(xiàn)圖像頻變斑點。 真空不良對各種器件性能的影響是十分明顯的，真空不良對各種器件性能的影響是十分明顯的，通常電真空器件的壽命取決于陰極的壽命。而氣通常電真空器件的壽命取決于陰極的壽命。而氣體對陰極的中毒作用是積累的，隨著時間的加長，體對陰極的中毒作用是積累的，隨著時間的加長，陰極愈來愈壞，最后管子就完全不能應(yīng)用了。陰極愈來愈壞，最后管子就完全不能應(yīng)用了。 2. 鍍膜和材料制取設(shè)備鍍膜和材料制取設(shè)備 真空蒸發(fā)鍍膜，濺射鍍膜，

10、離子鍍膜，化真空蒸發(fā)鍍膜，濺射鍍膜，離子鍍膜，化學(xué)氣相沉積鍍膜。等學(xué)氣相沉積鍍膜。等 3. 電子學(xué)和光電子學(xué)的應(yīng)用電子學(xué)和光電子學(xué)的應(yīng)用 半導(dǎo)體中硅薄膜，超純硅，提純，二極管，半導(dǎo)體中硅薄膜，超純硅，提純，二極管，三極管，三極管，PN結(jié)，超大規(guī)模，超大規(guī)模集成結(jié)，超大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路，光電子器件的電路，光電子器件的 制備制備 以及應(yīng)用。以及應(yīng)用。 等等，都需要真空環(huán)境。等等，都需要真空環(huán)境。 4。真空冶金。真空冶金 真空熔煉，真空焊接，真空熱真空熔煉，真空焊接，真空熱 處理，真空蒸處理，真空蒸餾等等。餾等等。 5. 表面物理中應(yīng)用表面物理中應(yīng)用 各種表面分析儀器，如低能電子衍射儀，俄歇各

11、種表面分析儀器，如低能電子衍射儀，俄歇電子能譜儀，光電子能譜儀，二次離子質(zhì)譜儀等，電子能譜儀，光電子能譜儀，二次離子質(zhì)譜儀等，這些儀器可以分析材料組分，結(jié)構(gòu)，化學(xué)組成，這些儀器可以分析材料組分，結(jié)構(gòu)，化學(xué)組成，污染，摻雜等，可以監(jiān)視材料的生長、制作、分污染，摻雜等，可以監(jiān)視材料的生長、制作、分解、激活，分析其機(jī)理及影響其壽命的因素。解、激活，分析其機(jī)理及影響其壽命的因素。 6. 宇宙航行及空間科學(xué)研究。宇宙航行及空間科學(xué)研究。 太空極高真空環(huán)境需要在地球上模擬，有許多太空極高真空環(huán)境需要在地球上模擬，有許多新的現(xiàn)象，是大氣環(huán)境中所沒有的。例如沒有對新的現(xiàn)象，是大氣環(huán)境中所沒有的。例如沒有對流，

12、沒有內(nèi)摩擦。流，沒有內(nèi)摩擦。 7. 在原子研究中和利用中的應(yīng)用。在原子研究中和利用中的應(yīng)用。1.5 真空度的概念真空度的概念 “真空度真空度”和和“壓強壓強”是兩個概念，不能混是兩個概念，不能混淆，淆， 壓強越低壓強越低意味著單位體積中氣體分子數(shù)愈意味著單位體積中氣體分子數(shù)愈少，少，真空度愈高真空度愈高； 反之真空度越低則壓強就越高。反之真空度越低則壓強就越高。 由于真空度與壓強有關(guān)，所以真空的度量由于真空度與壓強有關(guān)，所以真空的度量單位是用壓強來表示。單位是用壓強來表示。 真空度是一個定性指示。真空度是一個定性指示。1.6 真空區(qū)域的劃分真空區(qū)域的劃分 為了研究真空和實際應(yīng)用方便，常把真空為

13、了研究真空和實際應(yīng)用方便，常把真空劃分為粗真空、低真空、高真空和超高真劃分為粗真空、低真空、高真空和超高真空、極高真空五個等級?？?、極高真空五個等級。 隨著真空度的提高，真空的性質(zhì)將逐漸變隨著真空度的提高，真空的性質(zhì)將逐漸變化，并經(jīng)歷由分子數(shù)的量變到真空質(zhì)變的化，并經(jīng)歷由分子數(shù)的量變到真空質(zhì)變的過程。過程。1) 粗真空（粗真空（11051103 Pa）在粗真空狀態(tài)下氣態(tài)空間的特性和大氣差在粗真空狀態(tài)下氣態(tài)空間的特性和大氣差異不大，異不大，氣體分子數(shù)目氣體分子數(shù)目多，并以多，并以熱運動熱運動為為主，分子之間碰撞十分頻繁，氣體分子的主，分子之間碰撞十分頻繁，氣體分子的平均自由程很短。平均自由程很短

14、。通常，在此真空區(qū)域，使用真空技術(shù)的目通常，在此真空區(qū)域，使用真空技術(shù)的目的是為了獲得壓力差，而不要求改變空間的是為了獲得壓力差，而不要求改變空間的性質(zhì)。電容器生產(chǎn)中所采用的真空浸漬的性質(zhì)。電容器生產(chǎn)中所采用的真空浸漬工藝所需的真空度就在此區(qū)域。工藝所需的真空度就在此區(qū)域。 2) 低真空（低真空（1103110-2Pa） 此時每立方厘米內(nèi)的氣體分子數(shù)為此時每立方厘米內(nèi)的氣體分子數(shù)為10161013個。個。氣體分子密度與大氣時有很大差別，氣體中的帶氣體分子密度與大氣時有很大差別，氣體中的帶電粒子在電場作用下，會產(chǎn)生氣體導(dǎo)電現(xiàn)象。電粒子在電場作用下，會產(chǎn)生氣體導(dǎo)電現(xiàn)象。 這時，氣體的流動也逐漸從粘

15、稠滯留狀態(tài)過度到這時，氣體的流動也逐漸從粘稠滯留狀態(tài)過度到分子狀態(tài)，這時氣體分子的動力學(xué)性質(zhì)明顯，氣分子狀態(tài)，這時氣體分子的動力學(xué)性質(zhì)明顯，氣體的對流現(xiàn)象完全消失。體的對流現(xiàn)象完全消失。 在此真空區(qū)域，由于氣體分子數(shù)減少，分子的在此真空區(qū)域，由于氣體分子數(shù)減少，分子的平平均自由程均自由程可以與容器尺寸相比擬。并且分子之間可以與容器尺寸相比擬。并且分子之間的碰撞次數(shù)減少，分子與容器壁的碰撞次數(shù)大大的碰撞次數(shù)減少，分子與容器壁的碰撞次數(shù)大大增加。增加。3) 高真空（高真空（110-2110-6Pa） 此時氣體分子密度更加降低，容器中分子數(shù)此時氣體分子密度更加降低，容器中分子數(shù)很少。因此，分子在運動

16、過程中相互間的碰撞很少。因此，分子在運動過程中相互間的碰撞很少，氣體分子的平均自由程已大于一般真空很少，氣體分子的平均自由程已大于一般真空容器的限度，絕大多數(shù)的分子與器壁相碰撞，容器的限度，絕大多數(shù)的分子與器壁相碰撞，因而在高真空狀態(tài)蒸發(fā)的材料，其分子（或微因而在高真空狀態(tài)蒸發(fā)的材料，其分子（或微粒）將按直線方向飛行。粒）將按直線方向飛行。另外，由于容器中的真空度很高，容器空間的另外，由于容器中的真空度很高，容器空間的任何物體與殘余氣體分子的化學(xué)作用也十分微任何物體與殘余氣體分子的化學(xué)作用也十分微弱。在這種狀態(tài)下，氣體的熱傳導(dǎo)和內(nèi)摩擦已弱。在這種狀態(tài)下，氣體的熱傳導(dǎo)和內(nèi)摩擦已變得與壓強無關(guān)。變

17、得與壓強無關(guān)。4) 超高真空（超高真空（110-6Pa110-10Pa）此時每立方厘米的氣體分子數(shù)在此時每立方厘米的氣體分子數(shù)在1010個以個以下。分子間的碰撞極少下。分子間的碰撞極少,分子主要與容器分子主要與容器壁相碰撞。超高真空的用途之一是得到純壁相碰撞。超高真空的用途之一是得到純凈的氣體，其二，是可獲得純凈的固體表凈的氣體，其二，是可獲得純凈的固體表面。此時氣體分子在固體表面上是已吸附面。此時氣體分子在固體表面上是已吸附停留為主。停留為主。 5) 極高真空（極高真空（110-10Pa） 此時每立方厘米的氣體分子數(shù)在此時每立方厘米的氣體分子數(shù)在108個以下。個以下。分子間的碰撞極少，分子主

18、要與容器壁相分子間的碰撞極少，分子主要與容器壁相碰撞。極高真空的獲得是一項困難的工作，碰撞。極高真空的獲得是一項困難的工作，但是在太空是容易得到的，極高真空可以但是在太空是容易得到的，極高真空可以模擬太空的環(huán)境，在天文和核試驗上也需模擬太空的環(huán)境，在天文和核試驗上也需要這樣的真空環(huán)境。要這樣的真空環(huán)境。1.7 氣體分子運動論的基本假設(shè)氣體分子運動論的基本假設(shè) （1）任何氣體均由大量微小的質(zhì)點組成；對于單一氣體，）任何氣體均由大量微小的質(zhì)點組成；對于單一氣體，這些質(zhì)點是完全相同的。這些微小質(zhì)點稱為分子。這些質(zhì)點是完全相同的。這些微小質(zhì)點稱為分子。 （2）分子盡管很微小，但仍然有一定的體積。因此在

19、運）分子盡管很微小，但仍然有一定的體積。因此在運動時它們相互不斷碰撞，且亦與容器器壁碰撞；這些碰撞動時它們相互不斷碰撞，且亦與容器器壁碰撞；這些碰撞是完全彈性的，即無能量損失的。是完全彈性的，即無能量損失的。 這就是關(guān)于氣體構(gòu)造的分子假說。為了將這一假說構(gòu)筑這就是關(guān)于氣體構(gòu)造的分子假說。為了將這一假說構(gòu)筑成一個理論體系，氣體分子論還假設(shè)：成一個理論體系，氣體分子論還假設(shè)： （3）分子的運動及碰撞遵從牛頓定律，可以應(yīng)用經(jīng)典力）分子的運動及碰撞遵從牛頓定律，可以應(yīng)用經(jīng)典力學(xué)來處理。學(xué)來處理。 （4）分子的數(shù)目是巨大的，而氣體的宏觀性質(zhì)是大量分）分子的數(shù)目是巨大的，而氣體的宏觀性質(zhì)是大量分子的微觀性

20、質(zhì)的統(tǒng)計平均值，可以采用統(tǒng)計學(xué)的方法予以子的微觀性質(zhì)的統(tǒng)計平均值，可以采用統(tǒng)計學(xué)的方法予以求出。求出。 1.8 理想氣體理想氣體 從分子運動論的觀點，理想氣體是指符合下述假從分子運動論的觀點，理想氣體是指符合下述假說的一種理論模型：說的一種理論模型： （1） 氣體分子本身的體積與它的活動空間即整氣體分子本身的體積與它的活動空間即整個氣體體積或容器體積相比，是微不足道的，在個氣體體積或容器體積相比，是微不足道的，在考慮分子的運動時，可以將分子看成幾何點?？紤]分子的運動時，可以將分子看成幾何點。 （2）分子之間沒有相互作用力。除了碰撞之外）分子之間沒有相互作用力。除了碰撞之外每個分子的運動是完全獨

21、立的，不受其他分子的每個分子的運動是完全獨立的，不受其他分子的影響。影響。 低壓氣體與理想氣體很接近，因此在真空技術(shù)低壓氣體與理想氣體很接近，因此在真空技術(shù)中完全可應(yīng)用理想氣體的模型而不必加以任何修中完全可應(yīng)用理想氣體的模型而不必加以任何修正。正。1.9 氣體運動的基本定律氣體運動的基本定律 一定量氣體的壓強一定量氣體的壓強P、體積、體積V、溫度溫度T、質(zhì)量、質(zhì)量m 1.波義耳定律波義耳定律: 一定質(zhì)量的氣體，在一定質(zhì)量的氣體，在恒定的溫恒定的溫度度下，氣體的壓強與體積的乘積下，氣體的壓強與體積的乘積為常數(shù)。為常數(shù)。 PV=C 或或 P1V1=P2V2 2.蓋蓋 呂薩克定律呂薩克定律 一定質(zhì)量

22、的氣體，在一定質(zhì)量的氣體，在壓強一定壓強一定時，時，氣體的體積與絕對溫度成正比。氣體的體積與絕對溫度成正比。 V=CT TTVV00 3.査理定律査理定律 一定質(zhì)量的氣體，如果一定質(zhì)量的氣體，如果體體積不變積不變，則氣體的壓強與，則氣體的壓強與絕對溫度成正比。絕對溫度成正比。 P=CT 或或 TTPP00 當(dāng)氣體處于平衡時，可得到描述氣體性質(zhì)的氣體狀態(tài)方程，當(dāng)氣體處于平衡時，可得到描述氣體性質(zhì)的氣體狀態(tài)方程，即：即： P=nkT 或或 式中，式中，P為壓強（為壓強（Pa）；）； n是氣體分子密度（個是氣體分子密度（個/m3）；）； V為體積（為體積（m3）；）； M為氣體分子量（為氣體分子量（

23、kg/mol）; m是氣體質(zhì)量（是氣體質(zhì)量（kg）; T是絕對溫度（是絕對溫度（K）；）； k是波爾茲曼常數(shù)（是波爾茲曼常數(shù)（1.3810-23J/K）。）。 R為氣體普適常數(shù)（為氣體普適常數(shù)（8.314J/mol.K），也可以用），也可以用R=RA.k來來表示，表示，NA為阿伏加德羅常數(shù)（為阿伏加德羅常數(shù)（6.0321023個個/mol），）， 于是可得：于是可得：RTMmPV )m/(102 . 7322個TPn1.10 臨界溫度臨界溫度 對于每一種氣體都有一個特定的溫度，高對于每一種氣體都有一個特定的溫度，高于此溫度時，氣體無論如何壓縮都不會液于此溫度時，氣體無論如何壓縮都不會液化，這個

24、溫度稱為該氣體的化，這個溫度稱為該氣體的臨界溫度臨界溫度。 也就是說，當(dāng)一個氣體處在臨界溫度以上也就是說，當(dāng)一個氣體處在臨界溫度以上時，無論怎樣壓縮都不能使其液化；當(dāng)它時，無論怎樣壓縮都不能使其液化；當(dāng)它處于臨界溫度以下時，則可壓縮使其液化。處于臨界溫度以下時，則可壓縮使其液化。1.11 氣體和蒸汽氣體和蒸汽 實用上的室溫（實用上的室溫（1525C）為準(zhǔn)，凡臨）為準(zhǔn)，凡臨界溫度高于室溫的氣體稱為蒸汽；低于室界溫度高于室溫的氣體稱為蒸汽；低于室溫的則為溫的則為“永久氣體永久氣體”或或“氣體氣體”。 如此，則室溫下，蒸汽是隨時可液化的，如此，則室溫下，蒸汽是隨時可液化的，而氣體則不能。氮、氫、氬、

25、氧和空氣的而氣體則不能。氮、氫、氬、氧和空氣的臨界溫度遠(yuǎn)低于室溫，所以在常溫下它們臨界溫度遠(yuǎn)低于室溫，所以在常溫下它們是是“氣體氣體”。二氧化碳的臨界溫度與室溫。二氧化碳的臨界溫度與室溫接近，極易液化。接近，極易液化。 蒸汽是不能滿足理想氣體方程的蒸汽是不能滿足理想氣體方程的，如將容，如將容器體積縮小，則有一部分蒸汽轉(zhuǎn)化成液態(tài)，器體積縮小，則有一部分蒸汽轉(zhuǎn)化成液態(tài)，其壓強未增。其壓強未增。 以上關(guān)于理想氣體的概念，只適用于以上關(guān)于理想氣體的概念，只適用于“永久氣體永久氣體”，不適用于蒸汽。，不適用于蒸汽?！坝谰脷庥谰脷怏w體”與蒸汽的區(qū)別，在于其所處溫度是在與蒸汽的區(qū)別，在于其所處溫度是在臨界溫

26、度以上或以下。臨界溫度以上或以下。 對一定的物質(zhì)，飽和蒸汽壓的大小只取決對一定的物質(zhì)，飽和蒸汽壓的大小只取決于溫度。于溫度。 溫度越高溫度越高,蒸汽壓越大蒸汽壓越大.1.12 氣體分子的平均自由程氣體分子的平均自由程 氣體分子處于不規(guī)則的熱運動狀態(tài)，它除與容器壁發(fā)生碰撞外，氣體氣體分子處于不規(guī)則的熱運動狀態(tài)，它除與容器壁發(fā)生碰撞外，氣體分子間還經(jīng)常發(fā)生碰撞。每個分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為分子間還經(jīng)常發(fā)生碰撞。每個分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為“自由程自由程”。這是一個描述氣體性質(zhì)的微觀參量。其統(tǒng)計平均值：。這是一個描述氣體性質(zhì)的微觀參量。其統(tǒng)計平均值：稱為稱為“平均自由程平均自由程”。

27、由此可知，平均自由程與分子密度。由此可知，平均自由程與分子密度n和分子直和分子直徑徑 的平方是反比關(guān)系。的平方是反比關(guān)系。根據(jù)（根據(jù)（1- ）式，上式可改寫為）式，上式可改寫為此式表明，此式表明，氣體分子的自由程與壓強成反比，與溫度成正比。氣體分子的自由程與壓強成反比，與溫度成正比。顯然，在氣體種類和溫度一定的情況下顯然，在氣體種類和溫度一定的情況下 在在25C的空氣情況下的空氣情況下或或 PkT22常數(shù)P0 .6 6 7 ()Pc mP a)(667. 0cmPn2211.13 吸附與脫附 處在氣體中的表面，以兩種重要方式與氣體相互處在氣體中的表面，以兩種重要方式與氣體相互作用，即吸附與脫附

28、。作用，即吸附與脫附。 吸附吸附即分子附著于表面，即分子附著于表面，脫附脫附系分子從表面逸出。系分子從表面逸出。究竟是出現(xiàn)吸附或脫附，則根據(jù)具體情況而定。究竟是出現(xiàn)吸附或脫附，則根據(jù)具體情況而定。 如果表面是潔凈的，置于氣體中就出現(xiàn)吸附；如果表面是潔凈的，置于氣體中就出現(xiàn)吸附； 反之，如果它業(yè)已吸附大量氣體，置于真空中就反之，如果它業(yè)已吸附大量氣體，置于真空中就出現(xiàn)脫附。氣體分子在表面與空間之間的這種相出現(xiàn)脫附。氣體分子在表面與空間之間的這種相互轉(zhuǎn)換在真空技術(shù)中具有重要的意義?；マD(zhuǎn)換在真空技術(shù)中具有重要的意義。 1.14 兩個分子間的相互作用力兩個分子間的相互作用力 處于基態(tài)的兩個分子之間，存

29、在四種相互作用力。處于基態(tài)的兩個分子之間，存在四種相互作用力。 （1）彌散力）彌散力 即通常所稱的即通常所稱的范德瓦爾力范德瓦爾力，它存在于任何，它存在于任何一對分子之間。氣體在低溫時液化，就是這個力的作用結(jié)一對分子之間。氣體在低溫時液化，就是這個力的作用結(jié)果。彌散力存在于任何兩個中性分子之間。果。彌散力存在于任何兩個中性分子之間。 （2）感應(yīng)力）感應(yīng)力 兩個分子中一個或者兩個都具有永久電矩兩個分子中一個或者兩個都具有永久電矩（電偶極矩（電偶極矩或四極矩或四極矩）時出現(xiàn)的力。這時有電矩的分）時出現(xiàn)的力。這時有電矩的分子在另一個分子中感應(yīng)出一個電矩，從而產(chǎn)生相互作用力。子在另一個分子中感應(yīng)出一個

30、電矩，從而產(chǎn)生相互作用力。 （3）靜電力）靜電力 當(dāng)兩個分子都具有永久電矩時，就出現(xiàn)這當(dāng)兩個分子都具有永久電矩時，就出現(xiàn)這種靜電作用力。種靜電作用力。 （4）價力）價力 相當(dāng)于將原子結(jié)合為分子的力以及分子在相當(dāng)于將原子結(jié)合為分子的力以及分子在極度接近時出現(xiàn)的短程斥力。極度接近時出現(xiàn)的短程斥力。 真空技術(shù)中常遇氣體多為偶極矩及四極矩均為零（真空技術(shù)中常遇氣體多為偶極矩及四極矩均為零（=0，=0）之氣體，故）之氣體，故主要只存在彌散力及價力，而且主要是主要只存在彌散力及價力，而且主要是彌散力。彌散力。 1.15 物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附 吸附的位能曲線。分子接近表面時，吸引力吸附的位能曲線。分子接近表面時，吸引力,先處于先處于物理吸附，當(dāng)獲得能量并能越過化學(xué)吸附激活能物理吸附，當(dāng)獲得能量并能越過化學(xué)吸附激活能Ea時，就轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)吸附。此時分子處在化學(xué)吸附平時，就轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)吸附。此時分子處在化學(xué)吸附平衡位置，它比處在無窮遠(yuǎn)處時能量低一數(shù)量衡位置，它比處在無窮遠(yuǎn)處時能量低一數(shù)量qc，這，這是發(fā)生吸附時應(yīng)放出的熱量，故稱化學(xué)吸附熱?；前l(fā)生吸附時應(yīng)放出的熱量，故稱化學(xué)吸